हालांकि प्रीमेंस्ट्रुअल सिंड्रोम (पीएमएस) के सटीक कारण पूरी तरह से स्पष्ट नहीं हैं, वर्तमान समझ केंद्रीय तंत्रिका तंत्र के भीतर बढ़ी हुई संवेदनशीलता, हार्मोनल उतार-चढ़ाव और मस्तिष्क रसायन विज्ञान में बदलावों से जुड़ी एक जटिल परस्पर क्रिया का सुझाव देती है। पीएमएस से ग्रस्त महिलाओं के लिए, मासिक धर्म चक्र के दौरान सामान्य चक्रीय हार्मोनल बदलावों को केंद्रीय तंत्रिका तंत्र और अन्य लक्षित ऊतकों में विशिष्ट जैव रासायनिक प्रतिक्रियाओं को ट्रिगर करने वाला माना जाता है, जिससे लक्षणों का प्रकटीकरण होता है।

इन प्रक्रियाओं में एक प्रमुख खिलाड़ी सेरोटोनिन है, जो मूड विनियमन के लिए एक महत्वपूर्ण न्यूरोट्रांसमीटर है। सेरोटोनिन के स्तर में भिन्नताएं पीएमएस के लक्षणों की वृद्धि में दृढ़ता से निहित हैं। शोध से पता चलता है कि पीएमएस का अनुभव करने वाली महिलाएं अक्सर इस सिंड्रोम के बिना महिलाओं की तुलना में अपने सेरोटोनिनर्जिक प्रणाली में उल्लेखनीय अंतर प्रदर्शित करती हैं।

इसके अलावा, मुख्य रूप से अंडाशय में संश्लेषित प्रोजेस्टेरोन एक दिलचस्प गतिशीलता प्रस्तुत करता है: जबकि प्रोजेस्टेरोन स्वयं चिंता की भावनाओं में योगदान कर सकता है, इसके चयापचय उपोत्पादों का अक्सर एक चिंता-निवारक प्रभाव होता है। प्रोजेस्टेरोन सेरोटोनिन के पुनःअवशोषण को बढ़ाकर सेरोटोनिन प्रणाली को भी प्रभावित करता है, जिससे सेरोटोनिन टर्नओवर बढ़ता है।